Der im Dezember 2022 am Wisconsin National Primate Research Center ausgebrochene Shigella-Ausbruch lieferte Forschenden wertvolle Immundaten für die Impfstoffentwicklung. In der in Science Translational Medicine veröffentlichten Studie untersuchten Wissenschaftler Daten von infizierten nichtmenschlichen Primaten und bestimmten wirksame Immunantworten gegen das Bakterium sowie mögliche Impfstoffziele.
Unter den nichtmenschlichen Primaten wurden 169 mikrobiologisch bestätigte Shigellose-Fälle festgestellt. Die Forschenden sammelten 151 Shigella-Isolate zur Serotypisierung und führten eine Gesamtgenomsequenzierung von 95 repräsentativen Isolaten durch. Der Ausbruch wurde durch zwei miteinander verwandte Cluster von Shigella flexneri verursacht, die bei in Gefangenschaft gehaltenen Primaten häufig vorkommt. Obwohl Shigella sonnei bei Ausbrüchen unter Menschen häufiger eine Rolle spielt, können beide Arten beide Primatengruppen infizieren. Von den 90 auf antimikrobielle Resistenzen getesteten Isolaten wiesen 63 % eine Multiresistenz auf. Während die meisten Fälle leichte Durchfallsymptome verursachten, zeigten einige Tiere keine Symptome, und in einigen Fällen entwickelte sich eine schwere Erkrankung; am stärksten betroffen waren Jungtiere.
Die Wissenschaftler entnahmen während des Infektionsverlaufs von 41 infizierten Tieren Serum, Plasma und Immunzellen. Die Proben wurden 1, 2 sowie 4 bis 6 Wochen nach der Feststellung der Infektion gesammelt. Die Untersuchungen ergaben Antikörper, die sich gegen das O-Antigen richten, den äußeren Bestandteil des LPS-Moleküls auf der Außenfläche des Bakteriums. Es zeigte sich, dass sich einige Antikörper durch wiederholte Expositionen entwickelten und die O-Antigene verschiedener Shigella-Serotypen angreifen konnten. Antikörper, die stark an das O-Antigen binden, konnten außerdem Plasmaproteinketten aktivieren, die das Bakterium zerstören.
Die Forschenden untersuchten auch Antikörper, die auf die Proteine IpaB und IpaD an der Spitze des nadelartigen Typ-3-Sekretionssystems (T3SS) zielen, das das Bakterium zum Angriff auf Zellen nutzt. Diese Antikörper konnten schützende Immunreaktionen einschließlich T-Zell-Reaktionen auslösen. Während einige Antikörper den Zerfall von Blutzellen erleichterten, verhinderten die nützlichen Antikörper dies. Es wurde festgestellt, dass die beiden Antikörpertypen an unterschiedliche Bereiche der Proteine binden, und die genaue Bindungsstelle der schützenden Antikörper wurde bestimmt. Die Ergebnisse bieten neue Ansatzpunkte für die Entwicklung eines Impfstoffs, der gegen verschiedene Arten von Shigella wirksam ist.
Warum das wichtig ist
Der wichtigste Beitrag der Studie besteht darin zu zeigen, dass die Immunität gegen Shigella nicht nur eine allgemeine Reaktion ist, die durch das Durchmachen einer Infektion entsteht, sondern anhand von Antikörpern untersucht werden kann, die sich gegen verschiedene Teile des Bakteriums richten und unterschiedliche Funktionen haben. Dass Antikörper, die das O-Antigen erkennen, gegen verschiedene Serotypen wirksam sein können, bietet einen Rahmen dafür, wie die Vielfalt zwischen den Arten bei der Impfstoffentwicklung überwunden werden kann. Die Bestimmung der spezifischen Bereiche, an die schützende Antikörper binden, die auf T3SS-Proteine zielen, grenzt zudem die Frage ein, welche Immunreaktionen mögliche Impfstoffe auslösen müssen. Zugleich zeigt der Ausbruch, bei dem eine Multiresistenz gegen Medikamente weit verbreitet ist und insbesondere bei Säuglingen schwere Erkrankungen auftreten können, die begrenzten Behandlungsmöglichkeiten außerhalb einer Impfung auf. Wie sich die Ergebnisse in einen Impfstoff umsetzen lassen, der beim Menschen Schutz bietet, bleibt jedoch offen.